TEMA 4. CONVERTIDORES CATALÍTICOS. REDUCCIÓN DE NOx 4.1 INTRODUCCIÓN Mitad del siglo XX Desarrollo Ciencia-Tecnología Petróleo Combustibles Fibras sintéticas Aceites Plásticos, etc Catalizadores Ahorro energético, financiero, Productos más puros, más rendimiento Catálisi s Azúcares Alcohol Zimasa
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TEMA 4. CONVERTIDORES CATALÍTICOS. REDUCCIÓN DE NOx 4.1 INTRODUCCIÓN Mitad del siglo XX Desarrollo Ciencia-Tecnología Petróleo Combustibles Fibras sintéticas.
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TEMA 4. CONVERTIDORES CATALÍTICOS. REDUCCIÓN DE NOx
4.1 INTRODUCCIÓN
Mitad del siglo XX Desarrollo Ciencia-Tecnología
Petróleo
Combustibles
Fibras sintéticas
Aceites
Plásticos, etc
Catalizadores
Ahorro energético, financiero, Productos más puros, más rendimiento
Catálisis
Azúcares
Alcohol
Zimasa
TEMA 4. CONVERTIDORES CATALÍTICOS. REDUCCIÓN DE NOx
4.1 INTRODUCCIÓN
Azúcares Alcohol (5000 a.C.)
Descomposición de agua oxigenada (polvos metálicos, 1812)
Oxidación de SO2 (esponja de platino, 1831)
Síntesis de NH3 (hierro, 1915)
Tranformación química del petróleo (1940-)
Síntesis de Ac. Sulfúrico, hidrogenación de grasas y aceites vegetales , reformación de gasolinas, convertidores catalíticos en escapes de automóviles, hidrotratamiento del petróleo (actualidad)
Zimasa
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4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
Catálisis rama de la cinética química
Estudio dinámico, velocidad de reacción,mecanismo de reacción
Parámetros medidos en reacción
A + B C + D Sea la reacción química:
Velocidad de reacción:
-
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4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
A + B Productos
V [A]p[B]q , o V = k[A]p[B]q
k = constante de proporcionalidad (constante de velocidad)
p y q = órdenes parciales de reacción
p + q = n = orden global de reacción Mecanismo
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4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
Diagrama de energía potencial para una reacción exotérmica
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4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
Velocidad reacción = f (Eactivación)
k= constante de velocidad
k0= factor preexponencial
Ea= energía de activación
R= constante de los gases ideales
T= Temperatura en grados K
Contante de velocidad: k = ko e-Ea/R T (Ley Arrhenius)
Catalizador: modifica la velocidad de reacción
TEMA 4. CONVERTIDORES CATALÍTICOS. REDUCCIÓN DE NOx
4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
Definición de catalizador:
- Un catalizador es una sustancia que sin estar permanentemente involucrada en la reacción, incrementa la velocidad con la que una transformación química se aproxima al equilibrio.
- Un catalizador es una sustancia que químicamente altera un mecanismo de reacción así como la velocidad total de la misma, regenerándose en el último paso de la reacción.
Catalizar
Etapa lenta etapas más rápidas (en presencia de catalizador)
TEMA 4. CONVERTIDORES CATALÍTICOS. REDUCCIÓN DE NOx
4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
Proceso catalítico heterogéneo
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4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
Proceso catalítico heterogéneo
TEMA 4. CONVERTIDORES CATALÍTICOS. REDUCCIÓN DE NOx
4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
Aumento velocidad de reacción (E – Ecat)
Teoría colisiones: Velocidad=f(nº choques efectivos)
N2 y O2 , Tª baja
Tª Energía Velocidad Nº choques
rA = rB , [A] [B]
Reacción catalítica heterogénea
Nº colisiones/tiempo, Z = f (choques reactivo-catalizador
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4.2 ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CATÁLISIS
Reacción catalítica: Nº choques (reactivo-cat.)1012 veces menor que entre reactivos)
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4.5 CATÁLISIS HETEROGÉNEA
Parámetros cinéticos: Órdenes de reacción mecanismooptimación catalizador, diseño reactor, tamaño y forma lecho catalítico
Energía activación velocidad = f (T)
Tipo de reacciones:A
B+
P
X A +B PX
Reacciones paralelas Reacciones consecutivas
Paso limitante: reacción superficie concentración reactivo adsorbido Isoterma Langmuir
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4.5 CATÁLISIS HETEROGÉNEA
A P Velocidad reacción de A= k A
1 + bA PA
bA PAVel. = k
A 0, 1>> bA PA, v = k bA PA (orden 1)
A 1, v=k (orden cero)
A + B P + dP/dt = k A B
A = 1 + bA PA + bB PB
bA PA
1 + bA PA + bB PB
bB PBB =
A se adsorbe, reacciona, se forma P y se desorbe
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4.5 CATÁLISIS HETEROGÉNEA
Vel. = k (1 + bA PA + bB PB)2
bA PA bB PB
1) A y B adsorben en mismo sitio y sin disociarse
2) Paso lento: reacción A+B adsorbidas
3) P no se adsorba
Casos límite:
Adsorción débil de A y B: bA y bB << 1 dP/dt = k´PA PB
k´= k bA bB
Adsorción fuerte de B y débil de A: bA <<1 + bB
dP/dt = k´´PA/PBk´´=k bA/bB
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4.5 CATÁLISIS HETEROGÉNEA
(a) Adsorción competitiva por los mismos sitios. Mecanismo Langmuir-Hinshelwood; (b) Adsorción en sitios diferentes (no competitiva). Mecanismo Langmuir-Hinshelwood; (c) Adsorción de un solo reactivo (A), el otro reacciona desde la fase gas. Mecanismo Eley-Rideal.
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4.5 CATÁLISIS HETEROGÉNEA
+ dP/dt = k A B = k
Adsorción reactivos sitios activos distintos
bA PA bB PB
1 + bA PA + bB PB +bA PA bB PB
Mecanismo Langmuir-Hinshelwood
Ag + S AS
Bg + S BS
AS + BS PS + S
PS Pg + S
Mecanismo Rideal-Eley
Ag + S AS
Bg + AS P
-dPA/dt = k A PB=
1 + bA PA + bB PB
bA PA PB= k
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